阅读说明：本技术 一种碳钢卡压管件的固态扩散表面防腐处理方法 (Solid diffusion surface anti-corrosion treatment method for carbon steel clamping and pressing pipe fitting ) 是由 袁雪峰 孙静琪 车东升 胡国栋 于 2020-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种碳钢卡压管件的固态扩散表面防腐处理方法,该表面防腐处理方法是一种固态扩散过程,即将工件包裹在惰性材料中,并加入包括但不限于以下的材料中：锌粉、铝粉、镍粉等,并放在封闭容器中进行加热到300～500℃,使锌、镍、铝等金属扩散进工件内部,从而在基体表层形成致密均匀的锌及其他合金与铁的金属间化合物涂层。在该涂层上,可以进行抛光、涂油、涂漆、喷塑、封闭剂或有机涂层等处理,能进一步提高涂层耐腐蚀性能,或装饰性能等,该生产加工是在隔热、密闭的容器中进行,热效率高,符合节能的要求,且整个过程不产生废水及烟尘,为绿色环保工艺。(The invention discloses a solid diffusion surface anticorrosion treatment method of a carbon steel clamping and pressing pipe fitting, which is a solid diffusion process, namely wrapping a workpiece in an inert material, and adding the inert material into the following materials including but not limited to: zinc powder, aluminum powder, nickel powder and the like are placed in a closed container and heated to 300-500 ℃ so that metals such as zinc, nickel, aluminum and the like are diffused into the workpiece, and a compact and uniform intermetallic compound coating of zinc, other alloys and iron is formed on the surface layer of the substrate. The coating can be polished, oiled, painted, sprayed, sealed or coated with organic solvent, and has high corrosion resistance and decorative performance.)

一种碳钢卡压管件的固态扩散表面防腐处理方法

技术领域

本发明涉及碳钢卡压管件的表面防腐处理方法，适用范围为通径15～300mm的碳钢卡压式管件。

背景技术

现有的碳钢卡压式管件表面防腐技术有电镀锌、电泳涂装漆、多元合金复合防腐涂层(专利号：CN102418831)，以上技术均为产品表面涂层，涂层与金属本体没有很好的结合力。卡压管件在压接安装过程中，与压接钳接触部位易发生涂层机械性损坏，从而导致涂层被破坏部位耐腐蚀性能下降，降低产品的使用寿命。

电镀锌卡压管件的工艺包括：管材——断料——平端——成型(包括管端成型、弯管、焊接等)——清洗——热处理——电镀锌。电镀锌是利用电解，在制件表面形成均匀、致密、结合良好的锌金属或锌合金沉积层的过程。

电镀锌工艺分为氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌。这些镀锌工艺均有较大的污染，耐盐雾腐蚀试验一般不超过100h。

电泳涂装漆卡压管件的工艺包括：管材——断料——平端——成型(包括管端成型、弯管、焊接等)——清洗——热处理——电泳涂装漆。电泳涂装是将具有导电性的被涂物浸在装满水稀释的浓度比较低的电泳涂料槽中作为阳极(或阴极)，在槽中另设置与其对应的阴极(或阳极)，在两极间接通直流电一段时间后，在被涂物表面沉积出均匀细密、不被水溶解涂膜的一种特殊的涂装方法。

鉴于现有工艺方法存在局限性，目前各方均积极致力于管件表面改性方面的前沿性研究包括气相沉积涂层、微弧氧化、离子注入金属铬和氮等、激光表面处理等，但以上技术尚不成熟，工艺和成本难为企业所接受，有些技术还正处于探索阶段，无法应用在工业生产中。在某些工作条件下，为防管件表面有机物燃烧产生毒性，要求管件耐腐蚀层为无机物，如飞机的操纵盘、座椅等部件，而目前大多数管件的表面改性层含有有机物，难以满足实际要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种碳钢卡压管件的固态扩散表面防腐处理方法，具体为：防腐层具有10～100um之间的厚度，防腐层与碳钢卡压管件材料本体为扩散冶金结合，防腐层均匀度较好，具有较高的硬度和结合力，能耐盐雾试验大于600h，一般大气环境下耐腐蚀超过30年。

该表面防腐处理方法是一种固态扩散过程，即将工件包裹在惰性材料中，并加入包括但不限于以下的材料中：锌粉、铝粉、镍粉等，并放在封闭容器中进行加热到300～500℃，使锌、镍、铝等金属扩散进工件内部，从而在基体表层形成致密均匀的锌及其他合金与铁的金属间化合物涂层。在该涂层上，可以进行涂油、涂漆、喷塑、封闭剂或有机涂层等处理，能进一步提高涂层耐腐蚀性能，或装饰性能等。

该生产加工是在隔热、密闭的容器中进行，热效率高，符合节能的要求。且整个过程不产生废水及烟尘，为绿色环保工艺。

卡压管件压接过程中，一般会破坏管件表面涂层，普通涂层被破坏后会露出基体金属后腐蚀，而固态扩散表面防腐处理工艺形成的镀层是合金与铁的金属间化合物，该扩散层具有一定的深度，被破坏的表面后，内部仍有较好的耐腐蚀性能：该方法依下列步骤进行：

a、对管件进行表面处理，采用除油剂清除工件表面的油污，如工件表面有黄锈则需要进行表面除锈处理；

b、用金属粉和防粘结剂、助渗剂等配制金属渗透材料，该金属粉是指锌粉、铝粉、镍粉等的混合粉，用量为15-50Kg/T,该混合粉中锌粉、铝粉、镍粉的混合比例为50～95∶2.5～25：2.5～25；该防粘结剂、助渗剂是CeO₂、La₂O₃、LaF₃、NH₄Cl等；防粘结剂占装料筒体体积30-40％；

e、将管件放置在炉内加热固态扩散，温度控制在300～500℃；加热时间控制在2～10小时；抽真空或用气体保护，抽真空时真空度为-4.2～-5.3×10⁴Pa；气体保护时所用的气体是氩气或氮气；

f、将管件出炉，自然冷却至室温，即制成表面合金化的管件。

g、该合金化的表面上，进行抛光、涂油、涂漆、喷塑、封闭剂或有机涂层等处理，能进一步提高涂层耐腐蚀性能，或装饰性能

本发明具有以下优点：

1、本发明制备的改性合金层不仅具有良好的抗蚀性和抗磨性，同时表面合金层不含有机物。改性合金层与碳钢基底之间为紧密的冶金结合，不易产生表层开裂或剥落的现象。

2、在盐雾腐蚀过程中，该合金层可形成的连续致密复杂化合物，具有很好的抗盐雾腐蚀抗力和抗磨能力，该合金层表面硬度高于材料基体硬度，合金层扩散进基体，同样具有较好的耐腐蚀性能。在压接过程中，因为表面硬度高于基体，表面镀层不易被机械磨掉，内部也具有较好的耐腐蚀性，从根本上改变了碳钢表面物理化学性质，也简化了碳钢现有的表面改性工艺。

3、本发明的工艺设计合理，参数易于控制，操作简单，成品率高，工艺无环境污染，可广泛应用于工业生产中。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

制备方式1：

管件表面合金层的制作工艺步骤如下：

a、对管件进行表面处理，采用除油剂清除工件表面的油污，如工件表面有黄锈则需要进行表面除锈处理；

b、选取铝粉、锌粉或镍粉等金属粉与粘结剂按比例配制金属渗透材料，金属粉的粒度范围为300-550目；粘结剂选用低温粘结剂，粘结剂约占金属粉总量的0.25％；

e、将管件放置在炉内加热固态扩散，温度一般控制在400℃，加热时间一般控制在5小时；在炉内加热固态扩散时，为了防止管件的氧化，采取两种保护方式：抽真空或气体保护，抽真空时真空度约为-4.2～-5.3×10⁴Pa，用气体保护时，选用的是氩气或氮气中的任何一种气体，在炉内加热时送入炉内；

f、将管件出炉，自然冷却至室温，即制成表面有合金层的管件。

制备方式2：

管件表面合金层的制作工艺步骤如下：

a、对管件进行表面处理，采用除油剂清除工件表面的油污，如工件表面有黄锈则需要进行表面除锈处理；

b、选取铝粉、锌粉或镍粉等金属粉与防粘结剂、助渗剂等按比例配制金属渗透材料，金属粉的粒度范围为300-550目，其最佳粒度范围为400～500目；防粘结剂选用低温防粘结剂，约占金属粉总量的0.05～0.4％；

e、将管件放置在炉内加热固态扩散，温度一般控制在400℃，加热时间一般控制在25小时；在炉内加热固态扩散时，为了防止管件的氧化，采取两种保护方式：抽真空或气体保护，抽真空时真空度约为-4.2～-5.3×10⁴Pa，用气体保护时，选用的是氩气或氮气中的任何一种气体，在炉内加热时送入炉内；

f、将管件出炉，自然冷却至室温，制成表面有合金层的管件。

实施例1：

用锌粉配制金属涂敷材料制作管件表面合金层的工艺

具体步骤如下：

a、对管件进行表面处理，采用除油剂清除工件表面的油污，如工件表面有黄锈则需要进行表面除锈处理；

b、选取粒度范围为450目的锌粉，用量为15-50Kg/T；防粘结剂为40-100目的SiO₂，用量为装料筒有效体积的30-50％；助渗剂为NH₄Cl，约占炉料渗剂总量的0.25％；

e、将管件放置在炉内加热固态扩散，温度控制在480℃左右，加热时间一般控制在5小时；在炉内加热固态扩散时，为了防止管件的氧化，采取抽真空或气体保护，抽真空时真空度约为-4.2～-5.3×10⁴Pa，或用氩气作为保护气体，在炉内加热时送入炉内；

f、将管件出炉，自然冷却至室温，制成表面有合金层的管件。

实验表明，按本发明的制备方法，制取的表面有合金层的管件，在进行中性盐雾腐蚀性试验时，经与现有碳钢管件对比，其耐腐蚀性(出现明显腐蚀坑时间)是现有防腐处理碳钢卡压管件的3.5倍，耐磨性是现有碳钢管件的2.7倍。

实施例2：

用锌粉和铝粉配制金属涂敷材料制作管件表面合金层的工艺

具体步骤如下：。

a、对管件进行表面处理，采用除油剂清除工件表面的油污，再用喷丸除锈；

b、选取粒度范围为350目的锌粉，250目铝粉，70目SiO₂配制金属渗透材料；助渗剂为约占炉料渗剂总量的0.35％；

e、将管件放置在炉内加热固态扩散，温度控制在480℃，加热时间一般控制在4-8小时；在炉内加热固态扩散时，为了防止管件的氧化，可采取抽真空或气体保护；抽真空时真空度约为-4.2～-5.3×10⁴Pa，或用氮气体作为保护气体，在炉内加热时送入炉内；

f、将管件出炉，自然冷却至室温，制成表面有合金层的管件。

实验表明，按本发明的制备方法，制取的表面有合金层的管件，进行中性盐雾腐蚀性试验，经与现有碳钢管件对比，其耐腐蚀性(出现明显腐蚀坑时间)是现有碳钢管件3.8倍。耐磨性是现有碳钢管件的1.5倍。

实施例3：

用锌粉和镍粉配制金属涂敷材料制作管件表面合金层的工艺

具体步骤如下：。

a、对管件进行表面处理，采用除油剂清除工件表面的油污，再用喷丸除锈；

b、选取粒度范围为350目的锌粉，400目的镍粉，70目SiO₂配制金属渗透材料；助渗剂为约占炉料渗剂总量的0.35％；

e、将管件放置在炉内加热固态扩散，温度控制在450℃左右，加热时间一般控制在5小时；在炉内加热固态扩散时，为了防止管件的氧化，可采取抽真空或气体保护，抽真空时真空度约为-4.2～-5.3×10⁴Pa，或用氩气作为保护气体，在炉内加热时送入炉内；

f、将管件出炉，自然冷却至室温，即制成表面有合金层的锌镍合金制品。

实验表明，按本发明的制备方法，制取的表面有合金层的管件，进行中性盐雾腐蚀性试验，经与现有碳钢管件对比，其耐腐蚀性(出现明显腐蚀坑时间)是现有碳钢管件23.7倍。耐磨性是现有碳钢管件的8.7倍。

实施例4：

用混合金属粉配制金属涂敷材料制作管件表面合金层的工艺

具体步骤如下：

a、对管件进行表面处理，采用除油剂清除工件表面的油污，再用喷丸除锈，然后再浸入10％重量的稀盐酸溶液中浸泡5分钟；

b、选取粒度范围为550目的铝粉和锌粉，铝粉和锌粉的混合比例为铝粉∶锌粉＝25～27∶73～75；

使用酚醛树脂或对叔丁基苯酚作粘结剂，配制金属涂敷材料；酚醛树脂或对叔丁基苯酚约占混合粉总量的0.35％；

c、将配制好的金属涂敷材料均匀涂在管件表面上，涂层厚度约为2.6mm；

d、将带有涂层的管件放置在空气中自然干燥，直至表面清洗液完全挥发掉；

e、将管件放置在炉内加热固态扩散，温度控制在490℃左右，加热时间一般控制在36小时；在炉内加热固态扩散时，为了防止管件的氧化，可采取抽真空或气体保护，抽真空时真空度约为-4.2～-5.3×10⁴Pa，或用/氮气作为保护气体，在炉内加热时送入炉内；

f、将管件出炉，自然冷却至室温，制成表面有合金层的管件。

实验表明，按本发明的制备方法，制取的表面有合金层的管件，进行中性盐雾腐蚀性试验，经与现有碳钢管件对比，其耐腐蚀性(出现明显腐蚀坑时间)是现有碳钢管件6.8倍。耐磨性是现有碳钢管件的4.7倍。

实施例5：

用混合金属粉配制金属涂敷材料制作管件表面合金层的工艺

具体步骤如下：

a、对管件进行表面处理，采用除油剂清除工件表面的油污，再用喷丸除锈，然后再浸入10％重量的稀盐酸溶液中浸泡5分钟；

b、选取粒度范围为550目的铝粉和锌粉，铝粉和锌粉的混合比例为铝粉∶锌粉＝20～45∶45～75；

使用酚醛树脂或对叔丁基苯酚作粘结剂，配制金属涂敷材料；酚醛树脂或对叔丁基苯酚约占混合粉总量的0.36％；

c、将配制好的金属涂敷材料均匀涂在管件表面上，涂层厚度约为2.8mm；

d、将带有涂层的管件放置在空气中自然干燥，直至表面清洗液完全挥发掉；

e、将管件放置在炉内加热固态扩散，温度控制在490℃左右，加热时间一般控制在38小时；在炉内加热固态扩散时，为了防止管件的氧化，采取抽真空或气体保护，抽真空时真空度约为-4.2～-5.3×10⁴Pa，或用氩气作为保护气体，在炉内加热时送入炉内；

f、将管件出炉，自然冷却至室温，制成表面有合金层的管件。

实验表明，按本发明的制备方法，制取的表面有合金层的管件，进行中性盐雾腐蚀性试验，经与现有碳钢管件对比，其耐腐蚀性(出现明显腐蚀坑时间)是现有碳钢管件11.7倍。耐磨性是现有碳钢管件的3.1倍。

实施例6：

用铝粉、锌粉、镍粉或混合粉配制金属涂敷材料制作管件表面合金层的工艺。具体步骤如下：a至d和f步骤基本同实施例1～实施例5。

e、将管件放置在炉内加热固态扩散，温度控制在550℃，加热时间一般控制在40小时；在炉内加热固态扩散时，为了防止管件的氧化，可采取两种保护方式：抽真空或气体保护，抽真空时真空度约为-4.2～-5.3×10⁴Pa，用气体保护时，可选用的是氩气或氮气中的任何一种，在炉内加热时送入炉内。

实验表明，按本发明的制备方法，制取的表面有合金层的管件，进行中性盐雾腐蚀性试验，经与现有碳钢管件对比，其耐腐蚀性(出现明显腐蚀坑时间)是现有碳钢管件13倍。耐磨性是现有碳钢管件的2.7倍。

可见，通过上述固态扩散处理后的管件，在耐腐蚀和耐磨性上都有了明显的改善。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。